In I ns s ti t it tu ut to o S Su up p er e r io i or r d d e e E En ng ge en nh ha ar ri i a a d do o P Po or r to t o
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOTÉCNICA
Desmonte de rocha: Influência da orientação das frentes de trabalho no desempenho da fragmentação
Fábio Hugo Coelho Machado
2016
In I ns s ti t it tu ut to o S Su up p er e r io i or r d d e e E En ng ge en nh ha ar ri i a a d do o P Po or r to t o
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA GEOTÉCNICA
Desmonte de rocha: Influência da orientação das frentes de trabalho no desempenho da fragmentação
Fábio Hugo Coelho Machado
Nº 1080583
Projeto apresentado ao Instituto Superior de Engenharia do Porto para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Geotécnica e Geoambiente, realizada sob a orientação do Prof.
Doutor José Augusto Fernandes, Professor Coordenador do Departamento de Engenharia Geotécnica do ISEP e coorientação do Engenheiro Luís Ramos, Assistente Convidado do Departamento de Engenharia Geotécnica do ISEP.
Júri
Presidente Doutor Helder Gil Iglésias de Oliveira Chaminé
Professor Coordenador com Agregação, Instituto Superior de Engenharia do Porto Doutor José Augusto de Abreu Peixoto Fernandes
Professor Coordenador, Instituto Superior de Engenharia do Porto Doutor João Paulo Meixedo dos Santos Silva
Professor Adjunto, Instituto Superior de Engenharia do Porto Mestre Luís Carlos Correia Ramos
Director de Produção, Elevo Agregados (Grupo Elevo SA), Porto Assistente convidado, Instituto Superior de Engenharia do Porto Mestre Luís Filipe Santos Fonseca
Director de Produção, Elevo Agregados (Grupo Elevo SA), Porto
A tese de mestrado em engenharia geotécnica e geoambiente (MEGG) foi apresentada e defendida em prova pública, pelo Licenciado Fábio Hugo Coelho Machado, no Auditório de Geotecnia do Departamento de Engenharia Geotécnica (ISEP) em 14 de Novembro de 2016 mediante o júri nomeado, em que foi atribuída, por unanimidade, a classificação final de 16 (dezasseis) valores, cuja fundamentação se encontra em acta. Todas as correções pontuais determinadas pelo júri, e só essas, foram efectuadas.
Dedico esta dissertação aos meus queridos Pais pelo seu apoio, dedicação e esforço prestados em todos os momentos da minha vida, e em especial na minha formação académica em Engenharia Geotécnica.
Agradecimentos
Gostaria de expressar o meu agradecimento especial a todos quantos, ao longo deste período, de uma ou de outra forma, me incentivaram e apoiaram na elaboração do presente trabalho. Porém, gostaria de destacar, em particular:
Prof. Doutor José Fernandes, orientador científico deste projeto, a quem expresso o meu sincero reconhecimento pela forma dedicada e prestável como sempre me orientou cientificamente ao longo deste trabalho;
Ao meu coorientador, o Engenheiro Luís Ramos, pelo precioso auxílio e orientação e pela sua enorme disponibilidade para me orientar, quer no terreno quer no gabinete, ao longo deste projeto;
Ao Prof. Doutor Helder I. Chaminé pela disponibilidade e ajuda no esclarecimento de dúvidas;
A todos os Docentes do ISEP que contribuíram para a minha formação em Engenharia Geotécnica;
Ao Eng.º Vítor Oliveira (Elevo Group), grato pela forma como me acolheu na pedreira de Fornelo e no apoio nas várias fases do trabalho e pela troca de impressões sobre a temática e partilha da sua experiência;
À empresa Elevo Group, na pessoa da Direção Geral de Agregados, Sr. Domingos Peixoto, pela oportunidade que me deu na realização do trabalho de campo na pedreira de Fornelo;
Aos meus colegas de curso, Eng.º Tiago Campos e Eng.º Ricardo Santos, pela disponibilidade e apoio nos levantamentos geológico‐geotécnicos de campo;
Ao Eng.º Pedro Batista (Orica), pelo acompanhamento na realização dos ensaios Boretrak e Laser e disponibilidade de meios técnicos para a compilação dos ensaios de campo;
Ao Eng.º Carlos Correia (Mota-Engil), pela disponibilidade e fornecimento do software WipFrag para a realização da análise granulométrica do presente estudo;
À minha namorada, pelo apoio incondicional que me deu nos momentos mais difíceis do trabalho, momentos em que pensei desistir;
Por fim aos meus pais, pelo seu apoio, dedicação e esforço prestados em todos os
momentos da minha vida, e em especial na minha formação académica em Engenharia
Geotécnica.
Palavras-chave
Maciço rochoso, Desmonte, Orientação, Granulometria, Pedreira Fornelo
Resumo
A articulação das características estruturais do maciço rochoso com os procedimentos levados a cabo na etapa de desmonte, desempenham papel fundamental no resultado final pretendido (granulometria do material), condicionado diretamente as fases posteriores, nomeadamente as fases de carga-transporte e processamento industrial. Para esse efeito, e como irá ser abordado no presente estudo, foi desenvolvida na pedreira de Fornelo (Vila do Conde, Portugal), a análise da interação maciço rochoso-desmonte, sendo o foco principal a articulação da orientação da frente de desmonte a adotar relativamente aos parâmetros geológico-geotécnicos do maciço aflorante. Assim sendo, inicialmente realizou-se o estudo de uma pega de desmonte, do qual foram recolhidos e analisados (em pormenor) todos os parâmetros que “condicionam” as etapas supracitadas, controlo este executado em particular, visto a sua orientação ser distinta relativamente ao histórico existente.
Posteriormente, e após tratamento dos resultados obtidos, confrontou-se estes com os valores
previamente existentes, tendo esta análise o intuito de discernir a dependência e as consequências
nos parâmetros identificados anteriormente (orientação da bancada de desmonte e características
do maciço), e qual a influência que essa interação teria sobre o resultado final (granulometria) e as
etapas posteriores. Como conclusão, propôs-se a realização da análise económica do processo em
estudo, identificando detalhes importantes, nos quais futuramente dever-se-á intervir para tornar o
presente processo mais rentável, tornando-o economicamente mais viável.
Keywords
Rock mass, Blasting, Orientation, Granulometry, Fornelo Quarry
Abstract
The articulation of the rock massif’s structural characteristics with the procedures that took place in
the blasting operations play a fundamental part in the desired outcome (grain size) directly
conditioning the later stages, namely the loading, transport and industrial processing. To this end
and as it will be addressed in this study it was developed in the quarry of Fornelo (Vila do Conde,
Portugal), the analysis of the rock mass and blasting operation’s interaction with the main focus
being the articulation of the front line from the blasting operation’s orientation relative to the
geological-geotechnical parameters of the outcropping rock mass. Therefore, initially it was
conducted the study of the blasting graph in which it was collected and analyzed (in detail) all
parameters that condition the aforementioned stages, control that was executed in particular,
since its orientation is distinct relative to the existent history. Posteriorly and after data processing
the results were confronted with previously existing data and this analysis has the
intention to discern the dependence and the consequences in the previously identified parameters (orientation of the blasting bench and characteristics of the rock mass) and what is the influence that this interaction would have on the final outcome (granulometry) and the subsequent stages. As a conclusion it was proposed the elaboration of an economic analysis of the process in study identifying important details in which in the future an intervention should be made to make the present process more profitable making it economically more viable.ÍNDICE
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO GERAL ... 27
1. Introdução ... 29
1.1. Enquadramento do Tema ... 29
1.2. Objetivos ... 30
CAPÍTULO 2 – MACIÇO ROCHOSO-DESMONTE: RENDIMENTO DA GRANULOMETRIA RESULTANTE NA PRODUTIVIDADE DAS OPERAÇÕES A JUSANTE ... 33
2. Maciço Rochoso-Desmonte: Rendimento da granulometria resultante na produtividade das operações a jusante ... 35
2.1. Maciços Rochosos ... 35
2.1.1. Caraterização e reconhecimento geológico ... 35
2.1.2. Descontinuidades ... 35
2.1.3. Parâmetros de maciços rochosos ... 36
2.1.4. Parâmetros geológico-geotécnicos das descontinuidades ... 38
2.1.5. Técnica da amostragem linear ... 45
2.2. Desmonte de Maciços Rochosos ... 47
2.2.1. Generalidades ... 47
2.2.2. Perfuração ... 49
2.2.2.1. Propriedades da rocha que afetam a perfuração ... 50
2.2.2.2. Presença de descontinuidades ... 50
2.2.2.3. Desvios ... 51
2.2.3. Técnicas utilizadas ... 55
2.2.3.1. Medição de desvios: Ensaio Boretrak ... 55
2.2.3.2. Medição da regularidade de bancada: Ensaio Laser ... 56
2.2.4. Equipamento de perfuração ... 58
2.2.4.1. Método de perfuração ... 60
2.2.4.2. Acessórios ... 60
2.2.5. Geometria diagrama de fogo... 62
2.2.6. Acessórios de tiro ... 64
2.2.7. Outros parâmetros ... 64
2.2.7.1. Operador ... 64
2.2.7.2. Parâmetros de regulação – equipamento ... 65
2.2.7.3. Emboquilhamento ... 65
2.3. Carga e Transporte ... 66
2.3.1. Unidades Escavo-Carregadoras ... 66
2.3.1.1. Retroescavadora/”Giratória” ... 67
2.3.2. Unidade de Transporte ... 68
2.3.2.1. Dumpers ... 68
2.4. Fragmentação e Classificação ... 70
2.4.1. Fragmentação ... 70
2.4.2. Fatores que influenciam a fragmentação ... 71
2.4.2.1. Tempo de residência ... 71
2.4.2.2. Relação de redução ... 72
2.4.3. Fragmentadores primários ... 72
2.4.4. Software utilizado – Análise fragmentação ... 74
2.4.4.1. WipFrag 2.4 ... 74
CAPÍTULO 3 – CASO DE ESTUDO ... 75
3. Caso de Estudo ... 77
3.1. Pedreira Fornelo ... 78
3.1.1. Localização e Acessos ... 78
3.1.2. Caracterização geológica ... 79
3.1.2.1. Geologia Regional ... 79
3.1.2.2. Geologia Local ... 79
3.2. Materiais e Métodos utilizados ... 80
3.3. Maciço Rochoso ... 81
3.3.1. Maciço aflorante ... 82
3.3.2. Caracterização geológico-geotécnica ... 83
3.4. Desmonte ... 91
3.4.1. Cálculo do diagrama de desmonte – definição dos parâmetros geométricos da pega de fogo 92 3.4.2. Perfuração ... 93
3.4.2.1. Desvios de perfuração ... 93
3.4.2.2. Análise dos desvios de perfuração ... 95
3.4.3. Frente de Talude ... 97
3.4.4. Diagrama de fogo prático ... 98
3.4.5. Esquema de Fogo... 99
3.4.6. Superfície de bancada final ... 99
3.5. Carga e Transporte ... 100
3.6. Britagem ... 100
3.7. Plano de tarefas ... 100
CAPÍTULO 4 – RESULTADOS ... 103
4. Resultados ... 105
4.1. Caso de estudo: resultados ... 106
4.2. WipFrag 2.4... 106
4.2.1. Localização ... 107
4.2.2. Modelo anterior ... 107
4.2.2.1. Zona I ... 108
4.2.2.2. Zona II ... 109
4.2.2.3. Zona III ... 110
4.2.2.4. Zona IV ... 111
4.2.3. Caso de estudo – Caracterização granulométrica ... 112
4.2.4. Reflexão ... 114
4.3. Desvios de perfuração ... 115
4.4. Fator de carga ... 116
4.5. Taqueio ... 116
4.6. Análise financeira ... 117
CAPÍTULO 5 – CONCLUSÕES ... 121
5. Conclusões ... 123
CAPÍTULO 6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 127
6. Referências Bibliográficas ... 129
Índice de Figuras
Figura 1-Superfícies de compartimentação e representação das famílias mediante o bloco unitário
presente (adaptado de Gonzàlez de Vallejo et al., 2002). ... 37
Figura 2-Representação esquemática dos parâmetros geológico-geotécnicos das descontinuidades (adaptado de Gonzaléz de Vallejo et al., 2002). ... 39
Figura 3-Representação atitude geológica de uma descontinuidade (adaptado de González de Vallejo et al., 2002). ... 40
Figura 4-Medição do espaçamento entre descontinuidades a partir de uma face exposta do maciço (adaptado de ISRM, 1978, 1981; Gonzàlez de Vallejo et al., 2002). ... 41
Figura 5-Diagramas que ilustram as definições de abertura das descontinuidades (ISRM, 1978): a) Descontinuidades fechadas; b) Descontinuidades abertas; c) Descontinuidades preenchidas. ... 42
Figura 6-Classes dos perfis de rugosidade (adaptado de ISRM, 1981; González de Vallejo et al., 2002). ... 44
Figura 7-Esquema do dispositivo de levantamento em campo de descontinuidades pela técnica de amostragem linear: D - Distância à origem; L – Comprimento da descontinuidade exposto (adaptado de Brady & Brown, 2004). ... 45
Figura 8-Ficha de levantamento geológico-geomecânico com aplicação da técnica de amostragem linear (adaptado de Ramos, 2008). ... 46
Figura 9-Exemplo da aplicação ScanGeoData|BGD para maciços rochosos fraturados (adaptado de Fonseca et al. 2010, Galiza et al. 2011 a, b, c). ... 47
Figura 10-Ábaco onde apresenta-se expresso a escavabilidade de um dado maciço (PLT – Point Load Test; UCS – Unixial Compressive Streght; RQD – Rock Quality Index) (adaptado de Franklin et al. 1971). ... 48
Figura 11-Imagem exemplificativa das diversas etapas, desde o desmonte de rocha (perfuração) até ao processo de classificação e fragmentação para valorização do material rocha da indústria extrativa e transformadora (adaptado de Rock Excavation Handbook, Sandvik/Tamrock, 1999). ... 49
Figura 12-Benefícios resultantes do alinhamento da perfuração e sua correta execução (adaptado de Galiza et al., 2011 a, b, c). ... 50
Figura 13-Representação desvio de perfuração (adaptado de Ramos, 2008). ... 51
Figura 14-Direcção e inclinação (imagem ilustrativa) (adaptado de Ramos, 2008). ... 54
Figura 15-Figura exemplificativa dos diversos componentes do Boretrak, a) Dispositivo de controlo; b) Sonda "Sensor Probe"; c) Conjunto de varas e respetivo suporte (adaptado de Ramos, 2008). ... 55
Figura 16-Modo de medição e operação (adaptado de Ramos, 2008). ... 56
Figura 17-Equipamento emissor e recetor de informação (Laser Profile). ... 56
Figura 18-Equipamento de perfuração: Tamrock Ranger 700. ... 58
Figura 19-Encabadouro T45 (adaptado de Ramos, 2008). ... 60
Figura 20-Bit de perfuração marca Robit, Normal e φ=76mm. (http://www.directindustry.com/prod/robit-rocktools/button-dth-drill-bits-drifting-tunneling-57440- 404949.html#product-item_948093). ... 61
Figura 21-Geometria do desmonte em bancada (adaptado de www.lnec.pt). ... 63
Figura 22-Relação altura de bancada/diâmetro de furo a executar (adaptado Galiza et al., 2007). ... 63
Figura 23-Qualidade do desmonte e utilização da energia libertada em furos verticais e inclinados (adaptado Galiza et al., Desmonte de Maciços Rochoso I, 2007). ... 64
Figura 24-Emboquilhamento em mau estado. ... 65
Figura 25-Escavadora de rastos Komatsu PC 450LC-6... 67
Figura 26-Ficha registo do equipamento Giratória. ... 68
Figura 27-Dumper Euclid R32. ... 69
Figura 28-Ficha de registo: unidade de transporte Dumper. ... 70
Figura 29-Relação de redução expectável por etapa de fragmentação (Fernandes, 2006). ... 71
Figura 30-Fragmentador primário SVEDALA JM 1211 HD. ... 73
Figura 31-Ficha registo produção Fragmentador Primário. ... 74
Figura 32-Extracto da Carta Militar nº 97 com a localização da pedreira de Vila Verde (Fonte: IGeoE). ... 78
Figura 33-Vias de comunicação e acessos à pedreira "Vila Verde" (informação recolhida em www.viamichelin.com). ... 78
Figura 34-Enquadramento geotectónico regional dos granitos Variscos da zona Centro-Ibérica (ZCI), bem como a visualização das principais faixas de cisalhamento e sistemas de falhas regionais do NW de Portugal (adaptado de Dias et al., 2000). ... 79
Figura 35-Enquadramento geológico regional da área com a localização da pedreira (excerto carta Geológica de Portugal, Folha 9-A IGEoE). ... 80
Figura 36-Frente livre do maciço rochoso. ... 82
Figura 37-Frente livre do maciço rochoso. ... 82
Figura 38 - Blocometria presente. ... 83
Figura 39- Maciço rochoso cinza azulado da pedreira de Fornelo. ... 84
Figura 40-Diagrama de rosetas geral da Pedreira de Fornelo (Vila do Conde), com representatividade de 112 descontinuidades projetadas em intervalos de 20
ode amplitude (retirado do software dips). 85 Figura 41-Diagrama de contorno estrutural (estereograma) relativo ao levantamento de 112 descontinuidades presente no painel em estudo da pedreira de Fornelo/Vila do Conde (retirado do software dips). ... 86
Figura 42-Parâmetros geométricos do diagrama de desmonte (adaptado de Ramos, 2008). ... 92
Figura 43-Esquema teórico da malha de perfuração. ... 92
Figura 44-Exemplos de perfis de alguns furos analisados através do ensaio Laser. ... 97
Figura 45-Planta da frente de desmonte e localização dos furos em análise (através ensaio Laser). ... 98
Figura 46-Diagrama de fogo prático - localização em planta dos furos. ... 98
Figura 47-Distribuição de explosivo no diagrama de fogo. ... 99
Figura 48- Esquema de ligações (ficheiro disponibilizado pela empresa Descavanor). ... 99
Figura 49-Recriação superfície final após o desmonte. ... 100
Figura 50-Vista panorâmica da pedreira de Fornelo (retirado de Google Earth, 28 de Março 2014). 107 Figura 51-Localização das pegas de fogo realizadas (retirado de Google Earth, 28 de Março 2014). . 107
Figura 52-Granulometria observada na Zona I (Fornelo – Vila do Conde). ... 108
Figura 53-Granulometria observada na Zona II (Fornelo – Vila do Conde). ... 110
Figura 54-Granulometria observada na Zona III (Fornelo – Vila do Conde). ... 111
Figura 55-Granulometria observada na Zona IV (Fornelo – Vila do Conde). ... 112
Figura 56-Granulometria observada no Caso de estudo. ... 113
Índice de Gráficos
Gráfico 1-Grau de alteração das descontinuidades em geral, por família e restantes. ... 84
Gráfico 2-Espaçamento das principais famílias e aspeto geral. ... 87
Gráfico 3-Análise da abertura média das descontinuidades. ... 87
Gráfico 4-Tipo de preenchimento presente nas descontinuidades - análise dos tipos de enchimento das descontinuidades na generalidade, e em particular de cada família. ... 88
Gráfico 5-Tipo de rugosidade do maciço rochoso de Fornelo. ... 89
Gráfico 6-Análise da continuidade das descontinuidades no geral e em particular das principais famílias. ... 89
Gráfico 7-Tipo de terminação das descontinuidades. ... 90
Gráfico 8-Tipo de curvatura presente na generalidade do maciço e nas principais famílias. ... 91
Gráfico 9-Presença de água no maciço rochoso da pedreira de Fornelo... 91
Gráfico 10-Desvios de perfuração segundo ângulo de direção e ângulo de inclinação dos furos (adaptado do software Geo Hole Data). ... 94
Gráfico 11-Distribuição em planta da distribuição dos furos executados (com as diversas profundidades medidas pelo ensaio Boretrak, adaptado de Geo Hole Data, e análise do posicionamento final dos furos). ... 95
Gráfico 12-Tipo de emboquilhamento dos furos executados. ... 96
Gráfico 13-Tipo de superfície de bancada. ... 96
Gráfico 14-Caracterização granulométrica – Zona I (adaptado do software WipFrag 2.4). ... 109
Gráfico 15-Caracterização granulométrica – Zona II (adaptado do software WipFrag 2.4). ... 110
Gráfico 16-Caracterização granulométrica – Zona III (adaptado do software WipFrag 2.4). ... 111
Gráfico 17-Caracterização granulométrica zona IV (adaptado do software WipFrag 2.4). ... 112
Gráfico 18-Caracterização granulométrica - caso de estudo (adaptado do software WipFrag 2.4). ... 113
Gráfico 19-Distribuições granulométricas dos casos analisados ... 114
Índice de Quadros
Quadro 1-Tipo de descontinuidades e sistematização em geologia estrutural (adaptado de ISRM,
1981; González de Vallejo et al. 2002). ... 36
Quadro 2-Classificação de maciços rochosos relativamente ao número de famílias presente num dado
maciço rochoso (ISRM, 1981). ... 36
Quadro 3-Graus de alteração propostos pela ISRM (1981) e GSE (1995). ... 38
Quadro 4-Classificação do espaçamento entre descontinuidades proposta pela ISRM (1978,1981). .. 41
Quadro 5-Descrição da Continuidade proposta pela ISRM (1978,1981). ... 42
Quadro 6-Abertura das descontinuidades proposta pela ISRM (1978,1981). ... 43
Quadro 7-Classificação da rugosidade das descontinuidades (adaptado da ISRM, 1981)... 44
Quadro 8-Erro de Posicionamento (adaptado de Ramos, 2008). ... 53
Quadro 9-Erro de emboquilhamento (adaptado de Ramos, 2008). ... 53
Quadro 10-Erro de direção e inclinação (adaptado de Ramos, 2008) ... 54
Quadro 11-Erro de comprimento e cota (adaptado de Ramos, 2008). ... 54
Quadro 12-Ferramentas utilizadas na perfuração (adaptado de Dias, 2013). ... 59
Quadro 13-Avaliação do equipamento de perfuração (adaptado de Ramos, 2008). ... 59
Quadro 14-Avaliação dos acessórios de perfuração (adaptado de Ramos, 2008). ... 62
Quadro 15-Qualidade do emboquilhamento (adaptado de Dias, 2013). ... 66
Quadro 16-Relação de redução de diferentes equipamentos de fragmentação. ... 72
Quadro 17-Emboquilhamento dos furos. ... 95
Quadro 18-Regularidade da superfície de bancada. ... 96
Quadro 19-Quadro Resumo ... 115
Quadro 20-Qualidade dos furos de perfuração. ... 115
Quadro 21-Custos do método atual aplicado, por atividade. ... 118
Lista de abreviaturas
d – Diâmetro do furo;
D - Distância à origem;
E – Espaçamento entre furos;
H – Comprimento do furo;
h0 – Tamponamento;
hb – Altura carga de fundo;
hc – Altura carga de coluna;
I – Inclinação do furo;
K – Altura de bancada;
L - Comprimento da descontinuidade;
LIM – Sistema de sonda de perfuração;
PLT – Point Load Test;
Qb – Quantidade de explosivo de carga de fundo;
Qc – Quantidade de explosivo de carga de coluna;
RQD – Rock Quality Designation;
U – Subfuração;
UCS – Uniaxial Compressive Strength;
V – Distância à frente.
CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO GERAL
1. Introdução
1.1. Enquadramento do Tema
O presente projeto encontra-se inserido na unidade curricular “Dissertação/Estágio/Projecto” do 2º ano de Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente do Departamento de Engenharia Geotécnica (DEG), do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), elaborado em contexto empresarial (empresa Elevolution – Engenharia, S.A.), tendo como caso de estudo o maciço rochoso da pedreira de Fornelo, Vila do Conde, com principal finalidade e estreita ligação à atividade de desmonte do maciço aflorante, influência e implicações nas atividades subsequentes, e a sua rentabilidade e rendimento.
Em engenharia de maciços rochosos, e no domínio da atividade de exploração de recursos naturais, mais concretamente a atividade de produção de agregado britado (que compõe o atual caso de estudo), a correta conjugação entre o local de exploração, as suas especificidades no âmbito da caracterização e estudo do material rocha aflorante, padronização das práticas nos processos de desmonte de maciços fraturados, apresenta primordial importância na rentabilidade e rendimento dos processos a jusante. De referir o processo de carga e transporte de material, bem como de fragmentação e classificação do mesmo.
Para tal e como processo lógico-construtivo, é necessário inicialmente proceder-se ao estudo e levantamento em pormenor e de grande complexidade das propriedades geológico-geotécnicas, sendo necessário um trabalho de campo detalhado e uma análise cuidada dos dados obtidos em campo sobre essas propriedades (Mazzoccola et al. 1997, Keaton 2013, Chaminé et al., 2014), em direta concordância com os parâmetros e processos levados a cabo pela atividade em destaque e desagregação do maciço rochoso envolvente, denominado por desmonte de maciços fraturados, tendo paralelamente interesse informação de base topográfica, litológica e geológico-estrutural, bem como das condições hidrogeológicas e geomorfológicas da área de estudo (e.g. Hudson & Cosgrove 1997, Vidal-Romani & Twidale 1999, Griffiths & Stokes 2008, Gonzaléz de Vallejo & Ferrer 2011). Em seguida, e após obtenção dos dados de caracter geológico-geotécnico envolvente, surge como subsidiariedade a elaboração e planificação das diversas atividades associadas ao desmonte de maciços rochoso, ações essas que estão diretamente relacionadas com as características observadas no local de implantação da atividade, desde o processo de preparação da bancada de desmonte, elaboração do diagrama de fogo, marcação da pega e perfuração, entre outros, até chegar-se à etapa final de desmonte (com auxilio a explosivos) do maciço rochoso para posterior valorização industrial.
A fragmentação da rocha com explosivos depende de diversos fatores: características
geológicas do maciço rochoso, orientação da frente de desmonte, desenho do diagrama de fogo,
qualidade da perfuração, tipo de explosivo, técnica de carregamento (quantidade de explosivo) e
temporização das cargas. Com tão elevado número de variáveis, a operação de desmonte de rocha
com explosivos é uma tarefa que exige uma permanente observação dos resultados e correções para
aperfeiçoamento e otimização. No caso particular da orientação da frente de bancada, este parâmetro interage com diversos fatores na envolvente descrita anteriormente, quer a nível estrutural como posteriormente nas diversas etapas englobadas no processo de desmonte de maciços fraturados. Este parâmetro singular apresenta elevada dependência relativamente a diversos pormenores, nomeadamente os desvios de perfuração, as vibrações, a temporização, etc., e por último a granulometria final resultante, os quais podem deste modo prejudicar os processos a jusante.
No caso da fragmentação resultante ser diminuta, esta proporcionará uma movimentação do material resultante do desmonte em curto espaço e conduzirá à “criação” de grandes blocos;
promoverá uma deficiente operação de carga (a operação de carga é tanto mais difícil quanto pior for a movimentação da rocha e maiores forem os blocos produzidos pelo rebentamento), acréscimo de desmonte secundário (“taqueio”), bem como haverá mais probabilidade de encravamentos com paragem da produção no britador primário, devido à dimensão máxima de bloco admissível.
No extremo, excesso de fragmentação aumentará a percentagem de partículas finas, produzindo maior quantidade de resíduos de britagem e diminuindo o valor da matéria-prima.
1.2. Objetivos
O presente projeto tem como finalidade relatar e experiência obtida com o processo de otimização do desmonte em bancada em resultado da utilização de técnicas e instrumentos auxiliares à produção. A elevada quantidade de variáveis envolvidas no desmonte de rocha com explosivos e a dificuldade de uma análise global, levou-nos a selecionar apenas algumas das variáveis com as quais fosse possível retirar conclusões e desta forma extrapolar para outras situações as boas práticas, resultando em mais-valias técnico-económicas.
O objetivo deste trabalho é otimizar o desmonte em bancada, neste caso da Pedreira de Fornelo, ponderando todos os fatores que existem nas diferentes fases deste processo, mas colocando especial enfoque na articulação da orientação da frente de bancada com o contexto geológico do maciço em causa. A pesquisa iniciou-se com recolha de dados operativos decorrente de uma pega de fogo elaborada em Novembro de 2013 (14-11-2013).
Assim sendo, o objetivo principal do presente estudo foi analisar e esclarecer qual é a influência a
nível técnico (e posteriormente económico) da interação da orientação da frente de bancada de
desmonte com a componente geológico-geotécnica do maciço em estudo, tentando identificar alguns
fenómenos que acontecem em direta dependência dos supracitados, identificar as fragilidade
inerentes ao mesmo, identificar metodologias utilizadas neste processo, confrontar os resultados
obtidos com o histórico existente, e posteriormente com base nessa informação, elaborar a análise
económica do processo em estudo, com o intuito de aperfeiçoamento de todo o processo produtivo
(quer nesta etapa, quer a jusante).
Em resumo, podemos enquadrar os objetivos deste trabalho nos seguintes temas:
Análise da interação entre a orientação das frentes de trabalho e os parâmetros geológicos do maciço aflorante;
Confrontação com os casos existentes (histórico), e avaliação dos diferentes resultados obtidos;
Análise dos procedimentos existentes;
Avaliação da granulometria resultante final;
Avaliação económica do modelo em prática;
Estudo dos materiais e técnicas a utilizar para monitorização e avaliação dos resultados;
Contextualização dos procedimentos globais a implementar nesta atividade;
Procedimentos a implementar para melhoria do rendimento desta atividade.
CAPÍTULO 2 – MACIÇO ROCHOSO-DESMONTE: RENDIMENTO DA
GRANULOMETRIA RESULTANTE NA PRODUTIVIDADE DAS OPERAÇÕES A
JUSANTE
2. Maciço Rochoso-Desmonte: Rendimento da granulometria resultante na produtividade das operações a jusante
2.1. Maciços Rochosos
2.1.1. Caraterização e reconhecimento geológico
A caracterização e reconhecimento geológico têm como objetivo a determinação dos parâmetros e propriedades que permitam antecipar o comportamento do maciço rochoso, descrevendo as condições presentes no maciço e identificando os materiais que compõem o mesmo. O referido estudo remete-se inicialmente à inspeção visual do maciço aflorante, no qual é possível vislumbrar algumas propriedades percetíveis a “olho nu”, nomeadamente a caracterização meso e macroscópica da matriz rochosa, o grau de alteração, a textura, a rugosidade, a fracturação, a presença de água, entre outros.
2.1.2. Descontinuidades
Designa-se, usualmente, por descontinuidade qualquer entidade geológica que interrompa a continuidade física de uma dada formação geológica. Estas são de extrema relevância pois, ao seccionarem um dado maciço rochoso, vão influenciar as propriedades geomecânicas deste, uma vez que lhe conferem um comportamento, em termos de deformabilidade, de permeabilidade e de resistência (Galiza et al., 2011). Em termos geológicos, estes processos ocorrem quando existe uma pressão externa exercida sobre o maciço rochoso, pressão essa que apresenta resistência igual a resistência mecânica do maciço. Este tipo de pressões referidas anteriormente tem a mais diversificada origem, podendo ser referidas as pressões litoestáticas, as forças tectónicas, a circulação e pressão provocada pelos geofluidos. Em mecânica das rochas, a designação descontinuidade apresenta-se como termo geral em relação a maioria das depressões ocorridas na crosta terrestre (como falhas, diáclases, estratificação, xistosidade, etc.) de um maciço que apresenta baixa resistência à tração (ISRM, 1978).
O estudo exaustivo da compartimentação do maciço rochoso, ou seja, das descontinuidades, é extremamente importante pois permite esclarecer e perceber os planos de compartimentação e fratura, à qual a matriz rochosa está sujeita, o que em maciços rochosos muito fragmentados (como é o caso), este critério constitui um conceito essencial no âmbito de caracterização e projeto geológico-geotécnico.
As descontinuidades podem ser de variados tipos, dependendo essencialmente da sua génese (e.g.
Rocha, 1981; Pereira, 1985; Goodman, 1993; Mandl, 2005). O Quadro 1 retrata a tipologia e a
distinção por tipos de descontinuidades, agrupando-se esta tipologia na dependência da ocorrência
de forma sistemática (em família) ou singularmente (um único plano de compartimentação presente
na matriz rochosa).
Quadro 1-Tipo de descontinuidades e sistematização em geologia estrutural (adaptado de ISRM, 1981; González de Vallejo et al. 2002).
Descontinuidades Sistemáticas Singulares
Planares
Planos de estratificação
Falhas Filões
Discordâncias Planos de laminação
Planos de xistosidade Diaclases e fissuras
Lineares
Intersecção de descontinuidades planares Eixos de dobra
Lineações Fibrosidade mineral
2.1.3. Parâmetros de maciços rochosos
Segundo González de Vallejo & Ferrer (2011), para realizar-se uma boa caracterização na globalidade do maciço rochoso, deverá efetuar-se a partir dos dados obtidos no estudo dos afloramentos, juntamente com a descrição petrofísica da matriz rochosa e das condições geotécnicas das descontinuidades, bem como deverão ser considerados outros aspetos representativos do conjunto, tais como (ISRM, 1978, 1981, 2007):
Número e orientação das descontinuidades;
Dimensão do bloco unitário e intensidade da fracturação;
Grau de alteração.
A classificação dos maciços rochosos, tendo em conta o número de descontinuidades, apresenta-se no Quadro 2.
Quadro 2-Classificação de maciços rochosos relativamente ao número de famílias presente num dado maciço rochoso (ISRM, 1981).
Tipo de maciço Número de famílias
I
Maciço compacto, com algumas descontinuidades ocasionais dispostas aleatoriamente
II
Uma família de descontinuidades
III
Uma família de descontinuidades e ainda algumas descontinuidades ocasionais dispostas aleatoriamente
IV
Duas famílias de descontinuidades
V
Duas famílias de descontinuidades e ainda algumas descontinuidades ocasionais dispostas aleatoriamente
VI
Três famílias de descontinuidades
VII
Três famílias de descontinuidades e ainda algumas descontinuidades ocasionais dispostas aleatoriamente
VIII
Quatro ou mais famílias de descontinuidades
IX
Maciço de rocha esmagada, com o aspeto idêntico ao de um solo
Numa perspetiva de caracterização do contexto geológico local, e caracterizando a compartimentação em termos de diaclasamento, é possível através da construção de blocos- diagramas exemplificativos das famílias presentes num dado maciço, verificar-se e visualizar-se a sua orientação relativa, o tamanho e, consequentemente, a forma do bloco representativo da matriz rochosa (figura 1).
Figura 1-Superfícies de compartimentação e representação das famílias mediante o bloco unitário presente (adaptado de Gonzàlez de Vallejo et al., 2002).
Em geologia estrutural e em geotecnia de maciços fraturados, a caracterização do tamanho e a forma do bloco unitário apresenta-se com carácter primordial e como parâmetro critico a determinar em maciços rochosos. O comportamento mecânico e mecanismos de rotura estão diretamente ligados à fracturação existente num dado maciço, e grande parte pela conjugação das famílias aí presentes.
Posto isto, a determinação do bloco unitário que representa a fracturação do maciço em estudo apresenta grande relevância numa perspetiva da estabilidade e é usualmente utilizada na classificação dos maciços rochosos. Relativamente à sua determinação, este pressuposto apresenta três parâmetros geotécnicos simples (Rocha, 1981; Pereira, 1985): a orientação dos sistemas de descontinuidades, o espaçamento real (espaçamento perpendicular entre diáclases de uma mesma família), e a persistência.
Dependendo da variação destes parâmetros, são duas as soluções possíveis: i) verifica-se o aparecimento de famílias de descontinuidades que conseguem delimitar um bloco unitário, ii) em alternativa a massa rochosa não possui uma fracturação que possibilite o aparecimento dos blocos.
Dos três parâmetros referidos a orientação e o espaçamento são os mais fáceis de quantificar.
As características da qualidade dos maciços rochosos são fundamentalmente consequência do seu
estado de alteração, do grau de fracturação e de circulação geo-hidráulica da água subterrânea. A
alteração de uma rocha consiste na sua desagregação e decomposição levadas a cabo por agentes
físicos e químicos naturais, que transformam essa rocha noutro produto natural, agora em equilíbrio
físico‐químico com o meio ambiente (Aires‐Barros, 1991). Devido ao seu condicionalismo e por ser
um aspeto que está diretamente relacionado com a qualidade do maciço, a sua determinação é um
fator importante a considerar. O reconhecimento do grau de alteração é inicialmente realizado por
inspeção direta dos afloramentos, embora esta avaliação possa variar consoante experiência do
observador. Para complementar esta análise, pode recorrer-se a métodos quantitativos, através da
medição de parâmetros como a resistência da rocha, a velocidade de propagação de ultrassons (e.g., ensaios geofísicos de refração sísmica), etc. A ISRM (1978, 1981) propôs que os graus de alteração a considerar fossem constituídos por 5 termos; no entanto, em geotecnia considera-se frequentemente a utilização de uma versão simplificada com 3 termos (Quadro 3):
W1-2 – Rocha sã a pouco alterada
W3 – Rocha medianamente alterada
W4-5 – Rocha muito alterada a decomposta.
Quadro 3-Graus de alteração propostos pela ISRM (1981) e GSE (1995).
Grau de alteração Simbologia Descrição
Sã ou não alterada
(descoloração)
W1
W1-2
Não se observam sinais de alteração na matriz rochosa.
- Sã e compacta - Descontinuidades fechadas;
- Permeabilidade é praticamente nula.
Ligeiramente
alterada
W2 Mudanças na cor original da matriz rochosa
Moderadamente
alterada
W3 W3
Menos de metade do material rochoso está decomposto e/ou desagregado num solo, mantendo-se a petrofísica original.
- Maciços mais ou menos são;
- Intersectado por
descontinuidades abertas.
Muito alterada
W4
W4-5
Mais de metade do material rochoso está decomposto e/ou desagregado num solo.
- Zona alterada a muito alterada ou mesmo decomposta;
- Permeabilidade do tipo intersticial;
- Pode coexistir uma circulação fissural.
Completamente
alterada
W5
Todo o material rochoso está muito decomposto e/ou desagregado num solo residual.
2.1.4. Parâmetros geológico-geotécnicos das descontinuidades
Como foi referido anteriormente, o estudo exaustivo da compartimentação do maciço rochoso
apresenta-se como conceito essencial na caracterização geológica-geotécnica local. Neste sentido, o
estudo das descontinuidades é bastante importante, pois estas estruturas condicionam o
comportamento dos maciços rochosos, com relevância ao nível da deformabilidade, resistência e
permeabilidade. A International Society for Rock Mechanics (ISRM, 1978, 1981) recomenda que o
estudo das descontinuidades deve atender, principalmente, à determinação das suas principais
características tais como a atitude, o espaçamento, a rugosidade, a abertura e o enchimento, sendo a sua descrição, em regra, realizada em campo.
Na descrição das diferentes famílias de descontinuidades num maciço rochoso inclui-se os seguintes parâmetros geológico-geotécnicos (Figura 2):
Atitude geológica (direção/inclinação);
Grau de fracturação (fracture intercept) e espaçamento;
Continuidade ou persistência;
Abertura;
Rugosidade;
Preenchimento;
Percolação de água;
Resistência da parede das descontinuidades.
Figura 2-Representação esquemática dos parâmetros geológico-geotécnicos das descontinuidades (adaptado de Gonzaléz de Vallejo et al., 2002).
De seguida apresentar-se-á uma breve descrição dos parâmetros acima referidos:
Atitude geológica (direção/inclinação):
A orientação espacial de uma descontinuidade é definida em regra, por dois parâmetros: a direção - definida como o ângulo entre uma reta horizontal do plano e o Norte magnético; e a inclinação - definida como a amplitude angular entre a reta de maior declive e o plano horizontal) (Figura 3), sendo este parâmetro descrito em campo e a sua medição efetuada com o auxilio de uma bússola (munida de um clinómetro).
Ao analisar a distribuição das descontinuidades num maciço rochoso verifica-se que de um modo
geral elas apresentam uma certa regularidade, podendo, no entanto, existir vários conjuntos com
orientações distintas. Desta forma, é usual agrupar-se descontinuidades com orientações idênticas
em famílias.
Figura 3-Representação atitude geológica de uma descontinuidade (adaptado de González de Vallejo et al., 2002).
Segundo a ISRM (1978), usualmente, um estudo com razoável representação local, deve apresentar cartografado um universo de pelo menos 150 a 200 descontinuidades. A análise deste parâmetro é possível através da criação de diagramas geológico-estruturais (especialmente diagramas de contorno estrutural e diagramas de rosetas), que permitem avaliar e analisar a orientação de cada descontinuidade e estimar a orientação média de cada família de descontinuidades (Priest, 1993;
Palmström & Stille, 2010).
Grau de fracturação e espaçamento:
O grau de Fracturação (fracture intercept) é definido pela distância entre duas descontinuidades,
independentes da família de descontinuidades que representam, e que intercetam a linha de
amostragem. O espaçamento entre duas descontinuidades corresponde à distância perpendicular
entre as mesmas, sendo essas descontinuidades definidas por uma mesma família. A medição deste
parâmetro é realizada com o auxílio de uma fita graduada (Dinis da Gama, 1995; Chaminé & Gaspar,
1995; Brady & Brown, 2004) colocada na face exposta do maciço rochoso, com extensão
suficientemente representativa da frequência das descontinuidades. A Figura 4 apresenta as
recomendações propostas pela ISRM (1981) relativamente à medição do espaçamento entre
descontinuidades.
Figura 4-Medição do espaçamento entre descontinuidades a partir de uma face exposta do maciço (adaptado de ISRM, 1978, 1981; Gonzàlez de Vallejo et al., 2002).
No Quadro 4 é apresentada a terminologia proposta pela ISRM (1978,1981), a ser utilizada para caracterizar o maciço rochoso em termos de espaçamento entre descontinuidades.
Quadro 4-Classificação do espaçamento entre descontinuidades proposta pela ISRM (1978,1981).
Intervalo (cm) Simbologia Designação
> 200
F1
F1-2 Muito afastadas
Afastadas
60 - 200
F2 Afastadas
20 - 60
F3 F3 Medianamente afastadas Medianamente afastadas
6 - 20
F4
F4-5 Próximas
Próximas
< 6
F5 Muito próximas
Continuidade ou persistência:
A continuidade ou persistência de uma descontinuidade é o comprimento da sua extensão superficial.
A continuidade das descontinuidades apresenta-se geralmente como aspeto determinante na
definição de características mecânicas de potenciais superfícies de rotura. Este parâmetro é
relativamente complexo e complicado de quantificar, visto que na sua generalidade apenas se
observam dimensões aparentes pela observação de afloramentos. Este parâmetro é medido com
auxílio a uma fita métrica. Nesta quantificação as diferentes famílias de descontinuidades devem
classificar-se quanto à sua continuidade, podendo ser descritas como contínuas, sub-contínuas e/ou
descontínuas. Outro aspeto a ter atenção é o destacar das famílias com maior representação e mais
contínuas, posto que na sua generalidade serão estas que condicionaram o maciço rochoso
relativamente à compartimentação e rotura.
A ISRM (1978,1981) introduziu o conceito de persistência, traduzido pelo comprimento das interceções da família de descontinuidades em estudo, e estabeleceu cinco nomenclaturas (Quadro 5):
Quadro 5-Descrição da Continuidade proposta pela ISRM (1978,1981).
Comprimento (m) Continuidade
< 1
Muito pouco contínuas
1 – 3
Pouco contínuas
3 - 10
Medianamente contínuas
10 - 20Muito contínuas
> 20
Extremamente contínuas
Abertura:
Designa-se abertura como a distância medida na perpendicular entre duas paredes de descontinuidades (Figura 5). Relativamente a este parâmetro, o mesmo varia consoante a localização deste ao longo do maciço rochoso. Ou seja, em profundidade as distâncias consideradas tendem a diminuir, tornando-se mesmo fechadas a certa altura devido ao seu grau de confinamento.
Relativamente à sua relevância, este parâmetro torna-se essencial em termos de resistência ao corte das descontinuidades, modificando as tensões efetivas que atuam nas paredes dos mesmos. A medição é realizada diretamente na face exposta do maciço rochoso, através da utilização de uma régua graduada.
Figura 5-Diagramas que ilustram as definições de abertura das descontinuidades (ISRM, 1978): a) Descontinuidades fechadas; b) Descontinuidades abertas; c) Descontinuidades preenchidas.
O Quadro 6 apresenta a proposta elaborada pela ISRM (1978,1981) para a abertura das
descontinuidades e a terminologia associada.
Quadro 6-Abertura das descontinuidades proposta pela ISRM (1978,1981).
Abertura (mm) Descrição
< 0,1
Muito apertada
Fechada
0,1-0,25Apertada
0,25-0,5
Parcialmente aberta
0,5-2,5
Aberta
Aberta
2,5-10Razoavelmente aberta
> 10
Larga
10-100
Muito larga
Muito aberta
100-1000Extremamente larga
> 1000
Cavernosa
Rugosidade:
As paredes das descontinuidades apresentam em regra irregularidades, estando esse conceito diretamente associado com a rugosidade das mesmas. Este parâmetro tem diretamente influência no que diz respeito à resistência ao corte, no qual, quanto maior for a rugosidade (presença de irregularidades) nas paredes das descontinuidades, maior será a respetiva resistência. Pode-se perceber que quanto maior for o nível de irregularidades aí presentes, maior será o atrito existente entre as paredes das descontinuidades, logo menor será a possibilidade de ocorrência de rotura do maciço. Ao invés, quanto maior for a abertura e presença de preenchimento entre paredes de descontinuidades (espessura desse preenchimento), menor é a resistência ao corte, muitas vezes levando a rotura do maciço. A descrição da rugosidade requer, normalmente, duas escalas de observação (González de Vallejo et al., 2002):
o
Escala métrica para avaliar a ondulação das descontinuidades que podem ser: planas, onduladas ou denteadas;
o
Escala milimétrica para avaliar a rugosidade ou a irregularidades das descontinuidades. Estas, podem ser: lisas, rugosas ou muito rugosas.
A medição da rugosidade no terreno pode ser efetuada de diversas formas, dependendo sobretudo,
da exatidão requerida e/ou da acessibilidade ao afloramento. Normalmente a sua avaliação é
realizada através da inspeção visual e, neste caso, recorrendo à sensibilidade do tato em comparação
à superfície padrão (Quadro 7 e Figura 6
).Quadro 7-Classificação da rugosidade das descontinuidades (adaptado da ISRM, 1981).
Classe Descrição Nomenclatura Forma do perfil
I
Muito rugosa R4-5
Denteada
II
Rugosa R3
III
Lisa a algo rugosa R1-2
IV
Muito rugosa R4-5
Ondulada
V
Rugosa R3
VI
Lisa a algo rugosa R1-2
VII
Muito rugosa R4-5
Plana
VIII
Rugosa R3
IX
Lisa a algo rugosa R1-2
Figura 6-Classes dos perfis de rugosidade (adaptado de ISRM, 1981; González de Vallejo et al., 2002).
Preenchimento:
O preenchimento ou enchimento encontra-se diretamente relacionado com a abertura das descontinuidades, e refere-se ao material que se encontra entre paredes de descontinuidades adjacentes. É muito frequente, nas aberturas das descontinuidades a existência de materiais diferentes relativamente aos quais é constituída a rocha, material desagregado e decomposto, argila, etc., sendo importante o seu levantamento e contabilização.
Percolação de água:
No maciço rochoso e ao longo da fissuração existente no mesmo, é muito frequente constatar a
presença de escorrência de água, podendo caracterizar-se este parâmetro como seco, húmido,
gotejante ou com presença de fluxo.
Resistência da parede das descontinuidades:
Relativamente à resistência das paredes das descontinuidades, este parâmetro é muitas vezes caracterizado com auxílio de um ensaio de campo com esclerómetro portátil (usualmente designado por martelo Schmidt). Este ensaio relaciona o ressalto proporcionado pelo instrumento de medição com o ábaco de Miller, extrapolando assim o valor da resistência mecânica do maciço aflorante.
2.1.5. Técnica da amostragem linear
A técnica de amostragem linear (“Scanline Sampling Technique”), técnica descrita, entre outros, por Priest & Hudson (1981), Hudson & Priest (1983), Chaminé, H. I. & Gaspar (1995), Peacock et al. (2003) e Brady & Brown (2004), consiste na extensão de uma fita graduada ao longo da face exposta do maciço em estudo, e na cartografia de algumas características (geométricas e mecânicas) propostas por ISRM (1981), de todas as descontinuidades por esta intercetada (Figura 7).
Figura 7-Esquema do dispositivo de levantamento em campo de descontinuidades pela técnica de amostragem linear: D - Distância à origem; L – Comprimento da descontinuidade exposto (adaptado de Brady & Brown, 2004).
Como foi referido anteriormente, cada descontinuidade intercetada pela fita graduada deve ser caracterizada, pelo que, os parâmetros em estudo são:
o
Distância à origem da fita (D);
o
Semi-comprimento exposto, ou seja, o comprimento visível da intersecção da descontinuidade com a face exposta da rocha, apenas para um dos lados da fita graduada (L);
o
Tipo de determinação que apresenta a extremidade da descontinuidade (T): R - No caso de ser em rocha; D – Outra descontinuidade; e O – Obscura;
o
Atitude da descontinuidade (direção/inclinação) medida junto ao ponto de intersecção da
linha de amostragem e a descontinuidade;
o
Curvatura (C), expressa numa escala de C1 a C5, correspondendo esta classificação de superfície planas a superfícies muito curvas, respetivamente;
o
Rugosidade (R), expressa numa escala de R1 a R5, correspondendo esta classificação de superfícies lisas a superfícies muito rugosas, respetivamente;
o
Grau de alteração (W), expresso numa escala de W1 a W5, correspondendo a maciço são até maciço completamente desagregado, respetivamente;
o
Abertura;
o
Tipo de enchimento;
o
Presença de água;
o
Outros parâmetros que se entenda relevante (e.g., orientação da scanline, altura de colocação da fita graduada/scanline, direção do hasteal em estudo, litologia presente etc.)
A Figura 8 representa a ficha de levantamento geológico-geomecânico de campo utilizada para preenchimento dos parâmetros em aplicação da técnica de amostragem linear. Relativamente à análise e compilação dos dados obtidos de campo, estes foram introduzidos nos aplicativos informáticos ScanGeoData|BGD e SchmidtData|UCS (cf. Fonseca et al. 2010, Galiza et al. 2011 a, b, c), através dos quais foi possível o cruzamento exaustivo de toda a informação e por consequente a interpretação dos dados geológicos-geotécnicos e geomecânicos mais relevantes do maciço em estudo (figura 9).
Figura 8-Ficha de levantamento geológico-geomecânico com aplicação da técnica de amostragem linear (adaptado de Ramos, 2008).
Figura 9-Exemplo da aplicação ScanGeoData|BGD para maciços rochosos fraturados (adaptado de Fonseca et al.
2010, Galiza et al. 2011 a, b, c).
2.2. Desmonte de Maciços Rochosos
2.2.1. Generalidades
Como anteriormente descrito, o conhecimento geológico local é um domínio científico fundamental para a compreensão dos fenómenos envolvidos na fragmentação de rochas com recurso à utilização de explosivos. O conhecimento dos parâmetros geológicos e geotécnicos que caracterizam os maciços rochosos, e que modelizam o seu comportamento é a base para a compreensão dos mecanismos de rotura das rochas, de propagação e de dissipação da energia associada à detonação (Galiza et al., 2011). Os parâmetros geológico-geotécnicos e as propriedades presentes no maciço rochoso (e.g., composição mineralógica, grau de alteração, descontinuidades e domínio estrutural, estrutura geológica do maciço, etc.), características essas que intervêm diretamente nas diferentes operações realizadas e são preponderantes na qualidade e sucesso do desmonte de rocha com aplicação de cargas explosivas.
A escavabilidade de um maciço rochoso surge em direta concordância com a capacidade de
resistência geomecânica do maciço rochoso e as características petrofísicas, geológico estruturais e
geotécnicas das descontinuidades do mesmo. Na sua idealização, Franklin et al. (1971) classificou a
escavabilidade do maciço em quatro zonas distintas, expressas no ábaco realizado pelo mesmo,
designado de ábaco de Franklin et al. (1971), o qual apresenta diferentes métodos de desmonte de rocha (figura 13): escavação mecânica (“Dip”), escarificação (“Rip”), explosivos para desagregar (“Blast to loosen”) e desmonte com explosivos (“Blast to fracture”).
Figura 10-Ábaco onde apresenta-se expresso a escavabilidade de um dado maciço (PLT – Point Load Test; UCS – Unixial Compressive Streght; RQD – Rock Quality Index) (adaptado de Franklin et al. 1971).
Desmonte de rocha não é mais do que a operação de destaque do maciço rochoso, de uma parte mais ou menos representativa da rocha que o constitui (Gomes et al., 2007). Esta operação é levada a cabo com o intuito de modificar a topografia natural do maciço rochoso para vertentes, como a acessibilidade de implantação de diversas obras de engenharia, bem como extração da matéria-prima existente no local, para seu processamento e valorização industrial e económica.
Relativamente ao processo do desmonte de rocha com recurso a explosivos, este é constituído por
diversas operações desenroladas sequencialmente (perfuração, carregamento e detonação) (Galiza et
al., 2011), sendo diversos os fatores que condicionam direta e indiretamente a qualidade do
desmonte de rocha tendo em conta cada processo, sendo que a qualidade/rentabilidade com que
cada operação executada depende das anteriores e influencia a seguinte, e por consequente, todo o
restante processamento de valorização industrial (Figura 11).
Figura 11-Imagem exemplificativa das diversas etapas, desde o desmonte de rocha (perfuração) até ao processo de classificação e fragmentação para valorização do material rocha da indústria extrativa e transformadora (adaptado de Rock Excavation Handbook, Sandvik/Tamrock, 1999).
2.2.2. Perfuração
Como podemos observar na Figura 11, a operação de perfuração é a primeira atividade no processo industrial de transformação e valorização económica do material rocha, e entra em linha direta com a fragmentação resultante do desmonte. Como processo inicial, e o qual desencadeia toda a restante sequencia de operações, a perfuração é um dos parâmetros mais importantes do desmonte em bancada e a otimização dessa atividade é determinante relativamente ao resultado técnico- económico obtido do desempenho do mesmo (fragmentação), sendo posteriormente refletido nas operações de fragmentação secundária, carga e transporte, e britagem.
Esta otimização e correta utilização e manuseio do equipamento de perfuração, não só promove o aumento de rendimento da perfuração estabelecida, como minimiza o desgaste das respetivas peças de corte e equipamento de perfuração.
Tendo como aspeto fulcral a melhoria da fragmentação para posteriormente otimização da operação
de britagem (operação esta que se encontra diretamente ligada ao produto final produzido), e esta
sendo parte final de um processo que implementa diversas atividades antecessoras, mesmo sendo a
que apresenta mais peso em termos económicos, a sua rentabilidade, depende da qualidade das
restantes operações previamente realizadas. Nesse sentido, e compreendendo que a perfuração é a
primeira operação a ser executada, e mesmo tendo custos bastante mais reduzidos que as restantes
operações, a sua otimização é a que mais influencia as operações subsequentes. Pelo supracitado,
outro aspeto relevante e resultante da ineficiência do desmonte é a desmonte secundário
(“taqueio”). Desmonte secundário é a atividade correspondente ao recurso a meios mecânicos (e ou
explosivos) para desmontar blocos de grande dimensão resultantes do desmonte com explosivos.
Tanto esta operação como as atividades supracitadas (carregamento e detonação, carga e transporte, e britagem), são influenciadas pela correta execução da perfuração, e posteriormente da fragmentação resultante do desmonte, comprovando assim a importância de tal otimização (Figura 12).
Figura 12-Benefícios resultantes do alinhamento da perfuração e sua correta execução (adaptado de Galiza et al., 2011 a, b, c).
2.2.2.1.
Propriedades da rocha que afetam a perfuração
Pelo supracitado, o contexto geológico-geotécnico presente no local de extração do material rocha é preponderante em termos de qualidade da perfuração e por consequente do desmonte, bem como na definição dos parâmetros a implementar do mesmo. A otimização de qualquer operação de desmonte com explosivos requer o conhecimento prévio do grau de fracturação natural, do grau de alteração e do grau de resistência, no intuito de se definir a compartimentação do maciço rochoso, ou seja, da caracterização geológico‐estrutural e geotécnica do maciço (Rocha, 1981; ISRM, 1981; Dinis da Gama, 1995).
2.2.2.2.
Presença de descontinuidades
Relativamente ao grau de fracturação, este aspeto é influenciado pela quantidade, disposição e
orientação das descontinuidades que normalizam a matriz rochosa. A presença de descontinuidades,
a sua direção e inclinação, tipo, abertura, preenchimento, presença de água, e incidência das mesmas
no maciço são aspetos a ter em atenção e que influenciam a qualidade da perfuração, ocorrendo
muitas vezes desvios de perfuração
.2.2.2.2.1. Dureza e resistência do material rocha
Outro aspeto que influencia a qualidade e o rendimento da perfuração é a dureza do material rocha, propriedade que está intimamente relacionada com a qualidade dos materiais que apresentam uma forte resistência a ser furados, riscados ou desgastados (Sastre, 2000). E esta propriedade implica que o equipamento de perfuração exerça maior força de penetração para desagregar o maciço rochoso, tal como já foi referido.
2.2.2.2.2. Abrasividade
O parâmetro abrasividade caracteriza a capacidade que determinado material de elevada dureza, desgaste por atrito em equipamentos que induzam perturbação (acessórios de perfuração, provocadas pela fracturação (irregularidades) e zonas de concentração de tensões.
Segundo Galiza et. al. (2011), existem diversos fatores que contribuem para a capacidade abrasiva das rochas, os quais são:
Dureza, forma e o tamanho dos grãos;
Porosidade da rocha;
Heterogeneidade e composição mineralógica das rochas.
2.2.2.3.
Desvios
No processo de perfuração, esta operação supracitada apresenta associada desvio na sua execução, mesmo não havendo qualquer influência e erro humano associado (Figura 13).
Figura 13-Representação desvio de perfuração (adaptado de Ramos, 2008).
